Výpočet odporu měděného drátu

Ohmův zákon pro úsek obvodu spojuje tři veličiny: $I = frac$. Těmito veličinami jsou: proud, napětí a odpor. Síla proudu ve vodiči a napětí na jeho koncích se mohou lišit. Jsou navzájem přímo úměrné. Také víte, že proud ve vodiči a odpor spolu souvisí nepřímo úměrně.

Faktem však je, že elektrický odpor je konstantní hodnotou v Ohmově zákoně. Nemění se při změně proudu nebo napětí. Odpor závisí výhradně na vlastnostech vodiče.

V této lekci se podíváme na to, na jakých vlastnostech vodiče závisí jeho odpor, a zavedeme pojem „odpor„a porovnat jeho hodnoty pro různé látky.

Experimenty ke stanovení hodnot, na kterých závisí odpor

Důvod elektrického odporu spočívá v interakci elektronů s ionty kovové krystalové mřížky. Je logické předpokládat, že odpor bude záviset na druh látky, ze kterého se skládá. Budeme také předpokládat, že existuje určitá závislost na délka vodiče и jeho průřezová plocha.

Nyní provedeme experimenty, které potvrdí nebo vyvrátí naše domněnky.

Sestavme elektrický obvod ze zdroje proudu, spínače, ampérmetru a reostatu. Reostat je zařízení, které nám umožňuje měnit sílu proudu v obvodu. Více se o tom dozvíte v samostatné lekci.

Do tohoto obvodu budeme střídavě připojovat různé vodiče. K nim paralelně připojíme voltmetr (obrázek 1).

Jaké vodiče zapojíme do obvodu?

Možností může být obrovské množství. Podíváme se na následující:

1. Niklové dráty stejnou tloušťku (se stejnou plochou průřezu), ale různé délky
2. To samé niklové dráty, ale teď stejnou délku и různé tloušťky (s různými plochami průřezu)
3. Niklové a nichromové dráty stejné délky a tloušťky

Pokaždé zaznamenáme aktuální hodnoty v obvodu, jak ukazuje ampérmetr. Voltmetr nám poskytne údaje o napětí na koncích každého vodiče.

Dále pomocí Ohmova zákona pro část obvodu můžeme vypočítat odpor každého vodiče pomocí vzorce $I = frac$.

Experimentální výsledky

Jaké závěry můžeme vyvodit po všech výpočtech?

1. Vyrobeno ze dvou niklových drátů stejné tloušťky větší odpor Má delší vodič
2. Větší odpor má ten niklový drát, který průřez je menší. V tomto případě byla délka drátů stejná
3. Niklové a nichromové dráty mají rozdílný odpor se stejnými rozměry

Závislost odporu vodiče na jeho velikosti a látce, ze které se skládá

Jak závisí odpor vodiče na jeho délce a ploše průřezu?

Takové experimenty byly poprvé prováděny již známými Georg Ohm. Byl to on, kdo založil následující závislosti.

Odpor je přímo úměrný délce vodiče, nepřímo úměrný jeho průřezové ploše a závisí na látce vodiče.

Odpor

Pokud je vše jednoduché a jasné s délkou a tloušťkou vodiče, co potom látka, ze které se skládá? Jak zohlednit tuto závislost hodnoty odporu? Chcete-li to provést, musíte počítat konkrétní odpor látka (vodič).

Jaký je odpor vodiče?

Měrný odpor je fyzikální veličina, která určuje odpor vodiče vyrobeného z dané látky o délce $1 prostor m$ a ploše průřezu $1 prostor m^2$.

Odpor je označen písmenem $rho$.

Nezaměňovat s hustotou hmoty! Věnujte pozornost měrným jednotkám, aby nedošlo k záměně. Hustota v SI se měří v $frac$ a budeme mluvit o jednotce měření odporu o něco nižší.

Jaký vzorec lze použít pro výpočet odporu vodičů?

Pomocí nové hodnoty nyní můžeme vypočítat odpor libovolného vodiče.

$R = frac$,
kde $rho$ je měrný odpor vodiče, $l$ je délka vodiče, $S$ je jeho průřez.

Z tohoto kalkulačního vzorce můžeme vyjádřit další veličiny:

Jednotka odporu

Pro určení jednotky měření měrného odporu se obrátíme na vzorec $rho = frac$.

Jednotkou odporu je $1 prostor Ohm$, plocha průřezu je $1 prostor m^2$, délka je $1 prostor m$.

Pojďme si to všechno dát do vzorce:

Plocha průřezu vodiče je obvykle malá, takže je vhodné ji vyjádřit v $mm^2$. Proto se odpor vodiče často měří v $frac$.

Hodnoty odporu některých látek

Tabulka 1 ukazuje hodnoty měrného odporu některých látek.

Tabulka 1. Odpor některých látek (při $t = 20 prostorových stupňů C$)

Vezměte prosím na vědomí, že tyto hodnoty jsou platné při teplotě $20 vesmírných stupňů C$.

Rezistivita látky závisí na teplotě.

Pokusy ukázaly, že při určité teplotě pro každou látku se z dielektrika může stát vodič (polovodič). Experimentálně bylo také prokázáno, že se zvyšující se teplotou roste měrný odpor kovů.

Použití látek pro výrobu vodičů a izolátů

Které látky mají nejvyšší hodnoty měrného odporu? Samozřejmě s dielektrikem. Například ebonit a porcelán prakticky nevedou elektrický proud. Proto se používají jako izolanty.

Nejnižší měrný odpor mají čisté kovy. Stříbro a měď jsou nejlepšími vodiči elektřiny.

Z jakých látek se vyrábějí vodiče používané v praxi? Nejčastěji se pro vedení elektrických obvodů používají měděné, hliníkové a železné dráty.

V tabulce 1 jste si také mohli všimnout hodnot měrného odporu pro slitiny několika látek. Mají poměrně velké hodnoty. za co? Obvykle se používají pro výrobu zařízení, která pro normální fungování potřebují mít vysoký odpor, ale přesto procházejí proudem.

I když je měď jedním z nejlepších vodičů elektřiny, má odpor. Je nevýznamná – proto ji lze např. při pokládání tras krátké délky (například v bytě) zanedbat.

Při pokládání dlouhých tras je však odpor měděného kabelu kritický – protože nikdo nechce získat výrazně nižší napětí na „výstupu“ než na „vstupu“.

Odolnost jádra měděného kabelu

Existují tři způsoby, jak zjistit odpor jádra měděného kabelu – získat jej z tabulky, vypočítat nebo změřit speciálním zařízením (ohmmetrem). První možnost je nejjednodušší, ale není příliš přesná. Tabulky uvádějící jmenovitý elektrický odpor proudovodných vodičů měděného kabelu na 1 km délky jsou uvedeny v GOST 22483-2012.

Faktem je, že tabulkové hodnoty odporu jsou uvedeny pro kabely určitého průřezu a s určitým složením vodičů. V praxi se ukazuje, že složení slitiny mědi se může lišit od norem. Zejména pokud jde o nekvalitní levné kabely.

Druhým způsobem, jak získat odpor měděného kabelu, je vypočítat jej pomocí vzorce. Budete muset zadat následující hodnoty:

• Odpor mědi ρ, který se mění v závislosti na procentuálním podílu mědi ve slitině od 0,01724 do 0,018 Ohm×mm²/m;
• Délka měděného kabelu v metrech;
• Průřez kabelu S v mm².

Používá se následující vzorec:

Výsledný odpor R je odpor celého vodiče na libovolné délce. Tento vzorec je tedy vhodné použít při výpočtu dlouhých i krátkých čar.

Kotva A třetí možností je změřit si odpor vodiče sami. Je nejpřesnější, protože ukazuje skutečnou hodnotu. Hlavní nevýhodou této metody je však pracnost.

Elektrický odpor vodičů s proudem se měří pomocí jednoduchého, dvojitého nebo jednoduchého dvojitého můstku s konstantním napětím. Je popsána konkrétní metodika a schémata zapojení GOST 7229-76.

Izolační odpor měděných kabelů

Měření izolačního odporu kabelů s měděnými vodiči je součástí testování kabelových vedení. Tyto postupy se provádějí při kladných okolních teplotách.

Faktem je, že v izolaci kabelu mohou být mikrokapky vlhkosti. Při teplotách pod nulou namrzají. Ledové krystaly jsou zase dielektrika, to znamená, že nevedou proud. A v důsledku toho měření měděných kabelů při teplotách pod nulou neodhalí přítomnost vlhkosti v izolaci.

K měření izolačního odporu se používá megaohmmetr. Z norem vyplývá, že jeho chyba by neměla být větší než 0,2 %. Tedy jedním ze zařízení povolených příslušným státním registrem je SonelMIC-2500 – gigaohmmetr určený k měření izolačního odporu, stupně vlhkosti a stárnutí.

Obecně se postup měření izolačního odporu měděných kabelů provádí takto:

1. Kabel je zbaven tahu. Jeho nepřítomnost se kontroluje speciálním zařízením;
2. Zkušební uzemnění je instalováno na straně, kde se provádí měření;
3. Žíly na druhé straně jsou odděleny ve značné vzdálenosti od sebe;
4. Na každé jádro je přivedeno napětí. Kabely s izolací z papíru, PVC, polymerů a pryže jsou napájeny konstantním napětím a kabely s izolací ze síťovaného polyetylenu jsou napájeny střídavým napětím;
5. Izolační odpor se změří během jedné minuty.

Měření probíhá následovně:

• Předpokládejme, že je změřen izolační odpor vodiče „A“;
• Poté se zkušební zem připojí k vodičům „B“ a „C“;
• Jeden konec megohmetru je připojen k jádru „A“, druhý k uzemňovacímu zařízení („zem“).

Stojí za zmínku, že konkrétní technika měření závisí na typu kabelu – nízkonapěťový výkon, vysokonapěťový výkon, ovládání. Výše uvedený algoritmus je obecné povahy.

Přihlásit se k odběru newsletteru

Přihlášením k odběru budete rychle dostávat novinky z elektrotechnického průmyslu, kabelovny, skladovou dostupnost a speciální nabídky.